[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schwimm-Sink-Trennen
von Feststoffteilchen unterschiedlicher Dichte nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 bzw. 10.
[0002] Die Schwimm-Sink-Trennung wird für verschiedene Aufgaben eingesetzt. Beim Kunststoffrecycling
dient sie beispielsweise dazu, aus zu einem Granulat geschredderten unsortierten Kunststoffen
Störstoffe wie etwa Polyvinylchlorid, das beim Einschmelzen oder Vergasen unerwünschte
Chlorgase freisetzt, abzutrennen. Bei einer anderen Aufgabe ist z.B. Polyethylen-Mahlgut
von Polypropylen-Mahlgut zu trennen, um zwei möglichst sortenreine Kunststoffe mit
Neuwarencharachter zumindest bei den wichtigsten mechanischen Eigenschaften zu erhalten.
Weitere Anwendungsgebiete sind beispielsweise die Abtrennung von Metall- und Kunststoff-
bzw. Kautschukteilchen beim Kabelrecycling, Kunststoffteilchen von Papierfasern bei
der Rejektverwertung aus der Altpapierverwertung und die Trennung von Nichteisenmetallen
von Eisen.
[0003] Hierzu wird ein Gemenge aus zu trennenden Feststoffen in Suspension mit einem Trennmedium
gebracht, dessen Dichte zwischen der Dichte der wiederverwertbaren Wertstoffe und
der jeweiligen Störstoffe eingestellt wird. Das Gemenge trennt sich dabei in eine
aufschwimmende Leichtfraktion und eine infolge Schwerkrafteinwirkung absinkende Schwerfraktion,
die jeweils ausgetragen, gegebenenfalls getrocknet und dann weiterverarbeitet werden.
[0004] Für die Aufgabe einer Kunststofftrennung ist aus der
DE 199 30 161 A1 bekannt, die Suspension durch ein senkrecht aufsteigendes Zuführrohr in die Mitte
eines zylindrischen Trennraums einzuleiten und die Fraktionen in einem sich von der
Einspritzstelle radial auswärts vergrößernden Querschnitt, der von zwei in der Mitte
des Trennraums mit der Spitze aufeinanderstehenden Kreiskegeln begrenzt wird, ausbilden
zu lassen und von den Kreiskegelflächen zu einer oberen bzw. unteren äußeren Kreisscheibe
des Trennraums zu leiten, wo die vollständig ausgebildeten Fraktionen aus dem Trennraum
aus- und in einen oberen bzw. unteren Sammelbehälter eintreten.
[0005] Nachteilig ist hierbei, daß die Austrittsgeschwindigkeit der Suspension infolge des
senkrecht aufsteigenden Zuführrohrs höher sein muss als die Sinkgeschwindigkeit der
schwersten Feststoffteilchen, damit diese nicht zurücksedimentieren. Aus dieser hohen
Austrittsgeschwindigkeit resultiert eine turbulente Strömung zumindest im Bereich
des Austritts, so dass insbesondere Feststoffteilchen mit einer Dichte nahe der Dichte
des Trennmediums sowie kleine Feststoffteilchen nach dem Zufallsprinzip in den aufschwimmenden
oder absinkenden Fraktionsstrom gelangen. Eine Trennung ist mit der bekannten Vorrichtung
daher nicht mit akzeptabler Genauigkeit erreichbar. Zudem ist der Durchsatz durch
die Ausbildung von Turbulenzen bei hohen Austrittsgeschwindigkeiten stark eingeschränkt.
[0006] Aus der
DE 199 81 222 C1 ist eine ähnliche Vorrichtung bekannt, bei der die Kreiskegel zwischen zwei horizontalen
kreisscheibenförmigen Blechen angeordnet sind und zusammen mit diesen eine mittig
im Trennraum angeordnete Umlenkeinrichtung für die senkrecht nach oben unter Druck
eingeführte Suspension mit zunächst turbulenter Charakteristik in eine im Idealfall
radial auswärts gerichtete laminare Strömung bilden.
[0007] Allerdings sind die erzielbare Sortenreinheit und Trennschärfe auch hier unbefriedigend.
So gibt die
DE 199 81 222 C1 als geeigneten Durchmesser der Feststoffteilchen den Bereich zwischen etwa 10 und
50 mm an. Der für eine optimale Sortenreinheit bei der Wiederverwertung von Kunststoffen
erforderliche Durchmesser liegt jedoch weit darunter, nämlich bei etwa 2 bis 7 mm,
wobei beim Schreddem noch bis zu 15 Gew.-% Feststoffteilchen mit einem Durchmesser
bis hinab auf 0,5 mm anfallen. Versuche mit bei Kraftfahrzeugen typischen Kunststoffen
haben ergeben, dass schon bei einem Granulatdurchmesser von etwa 7 mm zwischen 20
und 30 % Feststoffteilchen in der aufschwimmenden Leichtfraktion vorhanden sind, die
eigentlich zur absinkenden Schwerfraktion gehören. Eine hohe Sortenreinheit und Trennschärfe
sind mit der aus der
DE 199 81 222 C1 bekannten Vorrichtung daher nicht erreichbar.
[0008] Problematisch ist zudem die optimale Beabstandung der Bleche. Ist der Abstand zu
groß, kommen Feststoffteilchen mit einer Dichte nahe der Dichte des Trennmediums beim
Austritt in den Trennraum nicht in der zugehörigen Strömungshälfte an und werden mit
der falschen Strömung mitgerissen. Ist der Abstand hingegen zu gering, stellt sich
eine hohe Strömungsgeschwindigkeit ein, so dass die Feststoffteilchen in der Umlenkvorrichtung
entsprechend ihrer zufälligen Verteilung nach Austritt aus dem Zuführrohr mitgerissen
werden und zudem beim Übergang in den Trennraum weitere Turbulenzen entstehen, die
die Ausbildung der Fraktionen stören.
[0009] Ferner setzen sich nach Abstellen der Vorrichtung Feststoffpartikel auf den horizontalen
Blechen ab, die bei nachfolgender Inbetriebnahme mit der Schwerfraktion aus dem Trennraum
ausgetragen werden, bevor sich die für den Betrieb stabilen Strömungsverhältnisse
einstellen.
[0010] Schließlich bleibt bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren ein weiterer Effekt
vollständig unberücksichtigt. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass beim Einbringen
der Feststoffteilchen in das Trennmedium Luftteilchen an den Feststoffteilchen anhaften
und deren wirksame spezifische Dichte verringern können. Hierdurch gelangt ein Teil
der spezifisch schweren Feststoffteilchen in die aufschwimmende Leichtfraktion und
verunreinigt diese. Dieser Effekt ist insbesondere bei den so genannten technischen
Kunststoffen wie PET-, Polyamid-, und PVC-Hartkunststoffmahlgütem, ob verstärkt oder
unverstärkt, stark ausgeprägt. Aus der
DE 196 32 494 C1 ist eine Vorrichtung zum Sortieren von Gemischen aus Kunststoffschnitzeln bekannt,
bei der den Kunststoffschnitzeln anhaftende Luftbläschen durch Verwirbelung des Gemischs
entfernt werden.
[0011] Mit den bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist daher insbesondere unter Bedingungen,
die bei der Wiederverwertung von Kunststoffen vorherrschen, und bei hohem Durchsatz
keine zufriedenstellend genaue Trennung erreichbar.
[0012] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Schwimm-Sink-Trennen von Feststoffteilchen unterschiedlicher Dichte nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bzw. zu schaffen, die bei erhöhtem Durchsatz eine genauere Trennung
ermöglichen. gelöst.
[0013] Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 10 gelöst.
[0014] Dem Auftriebseffekt durch anhaftende Auftriebselemente kann erfindungsgemäβ durch
zumindest teilweises Entgasen des Trennmediums entgegengewirkt werden. Hierzu kann
einer Mischvorrichtung, in der die Feststoffteilchen in das Trennmedium eingebracht
werden, eine Entgasungsvorrichtung vorgeschaltet sein. Das aus der Entgasungsvorrichtung
aus-und in die Mischvorrichtung eintretende Trennmittel ist nicht mehr im Gas-Gleichgewicht
und absorbiert an den Feststoffteilchen anhaftende Luft bis zu seinem Gas-Gleichgewichtszustand.
Damit kann bei optimaler Abstimmung der Entgasungsparameter auf das Trennmedium und
die Entgasungsvorrichtung der Auftriebseffekt so weit vermindert oder sogar aufgehoben
werden, dass eine bisher unerreichte Trennschärfe bei großem Durchsatz erreicht wird.
[0015] Dem Auftriebseffekt kann zudem durch Schwingungserregung des Suspensionsstroms insbesondere
im Bereich der Einmündung des Zuführkanals in den Trennraum, gegebenenfalls auch im
Zuführkanal, entgegengewirkt werden. Durch die Schwingungen können die Auftriebselemente
von den Feststoffteilchen abgelöst werden. Die Schwingungserregung bewirkt zusätzlich,
dass aneinander haftende Feststoffteilchen getrennt werden.
[0016] Im Ergebnis wird mit dem beanspruchten Verfahren und der beanspruchten Vorrichtung
eine erheblich genauere Trennung unter erhöhtem Durchsatz erreicht.
[0017] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den
Unteransprüchen zu entnehmen.
[0018] Durch ein schräg verlaufenden Kanal mit quer zur Längsachse zugeführter Suspension
können sich die Fraktionen in jeweils einer laminaren Strömung über einen langen Weg
hinweg ausbilden. Turbulenzen werden dabei bereits im Zuführkanal reduziert und die
Strömung geht im Einlaufbereich des Kanals vollständig in den laminaren Zustand über.
Im Kanal sind die Leicht- und Schwerfraktion nahe beieinander, so dass Feststoffteilchen
unter Schwerkrafteinwirkung schnell in die entsprechende Fraktion gelangen. Durch
eine Austragvorrichtung zum Austragen eines Fraktionsstroms kann die Strömungsgeschwindigkeit
des Schwerfraktionsstroms im Kanal auf einen gewünschten Wert eingestellt und konstant
gehalten werden. Es wird eine optimale Trennwirkung mit hohem Durchsatz erzielt.
[0019] Der Kanal stellt dabei jeweils eine Trennfläche für die aufsteigenden und für die
absinkenden Feststoffteilchen bereit, an der diese infolge der in der Grenzschicht
herrschenden geringen Geschwindigkeiten des Trennmediums entlang zum jeweiligen Sammelkopf
gleiten können. Zudem wirkt der Kanal insbesondere bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten
beruhigend auf das Trennmedium ein, d.h. er reduziert Turbulenzen.
[0020] In einer Ausführungsform sind im Trennraum durch eine oder mehrere vertikal zueinander
beabstandete parallele Platten mehrere Kanäle gebildet. Hierdurch wird der Durchsatz
bei im wesentlichen gleichbleibendem Platzbedarf gesteigert.
[0021] Hierbei können sich Platten aus dem Trennraum in den Zuführkanal für die Suspension
hinein erstrecken, um Turbulenzen entgegenzuwirken. Die Platten erstrecken sich dann
vorzugsweise nicht mehr als 1/3 in den Zuführkanal hinein, da sonst eine Vortrennung
der Feststoffteilchen im Verteilerkanal verhindert wird.
[0022] Vorzugsweise ist zwischen der Zuführöffnung für die Suspension und dem oberen Sammelkopf
eine weitere Zuführöffnung für Trennmedium ohne Feststoffteilchen vorgesehen. Hierbei
werden die pro Zeiteinheit zugeführte Suspensionsmenge M
S und die pro Zeiteinheit zugeführten Regelungsmenge M
R reinen Trennmittels in den Trennraum insbesondere derart eingestellt, daß die Regelungsmenge
M
R mehr Trennmittelvolumen eindosiert, als in den oberen Sammelkopf für die Leichtfraktion
fließen muß. Hierdurch wird erreicht, daß alle Schwergutteilchen, also auch diejenigen,
die anfänglich im Zulaufbereich des Suspensionsstroms wegen fehlender Vortrennung
noch in dessen oberen Bereich schwimmen, der hohen Schwerfraktionsströmung ausgesetzt
sind und so nur dann in den Leichtfraktionsstrom geraten können, wenn ihre Auftriebskraft
zu einer Aufstiegsgeschwindigkeit führt, die größer als die Senkrechtkomponente des
ebenfalls abwärtsgerichteten Teilstroms der Regelungsmenge M
R ist.
[0023] Dem Auftriebseffekt durch anhaftende Auftriebselemente kann auch durch Einstellen
einer Differenzgeschwindigkeit zwischen dem aufwärts gerichteten Leichtfraktionsstrom
einerseits und dem abwärts gerichteten Schwerfraktionsstrom andererseits in bestimmten
Bereichen wirksam entgegengewirkt werden. Die Differenzgeschwindigkeit ist hier der
Betrag der Geschwindigkeit des Schwertfraktionsstroms abzüglich des Betrags der Geschwindigkeit
des Leichtfraktionsstroms jeweils entlang der Kanäle.
[0024] Die Differenzgeschwindigkeit wird dabei vorzugsweise durch Steuern der Förderleistung
einer Pumpe zum Austragen der Schwerfraktion aus dem unteren Sammelkopf und der einer
Mischvorrichtung pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Trennmedium eingestellt. Hierdurch
ist die Differenzgeschwindigkeit ohne die Notwendigkeit einer komplexen Steuerung
einfach und genau einstellbar. Bei benötigter Konstanz des Austragsvolumens der Schwerfraktion
wird die Differenzgeschwindigkeit vorzugsweise über die Suspensionszulaufmenge geregelt.
Eine Kombination beider Regelmöglichkeiten ist möglich.
[0025] Die Differenzgeschwindigkeit kann auf einen Wert zwischen 0 und 1,5 und vorzugsweise
zwischen 0 und 0,9 cm pro Sekunde eingestellt werden, so dass der aufschwimmende Fraktionsstrom
um den eingestellten Betrag langsamer aufschwimmt als der absinkende Fraktionsstrom
absinkt. Bei dieser Einstellung sind insbesondere Kunststoffe mit einer Dichte größer
als 1,24 g/cm
3 von solchen mit Dichten kleiner als 1,24 g/cm
3 am genausten abtrennbar.
[0026] Vorzugsweise ist der Winkel α zwischen dem Kanal und der Horizontalen einstellbar.
Mit steigendem α wird die horizontale Geschwindigkeitskomponente der Strömung kleiner.
Daher ist eine entsprechend längere Kanalstrecke erforderlich, bis die Feststoffteilchen
zur jeweiligen Kanalwand gelangen. Geeignete Werte für α sind 30°<α< 60° und vorzugsweise
35°<α<45°.
[0027] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den
Unteransprüchen zu entnehmen.
[0028] Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Schwimm-Sink-Trennen.
Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht der Vorrichtung aus Fig. 1.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1.
Fig. 4 und 5 zeigen jeweils eine andere Ausführungsform im Schnitt entlang der Linie
A-A der Fig. 1.
Fig. 6 zeigt eine Einrichtung zur Schwingungserregung.
Fig. 7 zeigt eine weitere Einrichtung zur Schwingungserregung.
Fig. 8 zeigt die Vorrichtung aus Fig. 1 mit daran angeschlossenen Komponenten.
Fig. 9 zeigt einen Abschnitt einer weiteren Ausführungsform in Draufsicht.
Fig. 10 zeigt ein vereinfachtes Verfahrensschema einer Trennanlage mit einer Entgasungsvorrichtung.
Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform der Trennvorrichtung mit einer Schnecke.
[0029] Die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung 1 zum Schwimm-Sink-Trennen umfaßt einen
mit einer Suspension aus zu trennenden Feststoffteilchen und einem Trennmedium füllbaren
Trennraum 2 mit Kanälen 3, die in auf unterschiedlicher Höhe angeordneten unteren
und oberen Sammelköpfen 4, 5 für unter Schwerkrafteinwirkung in den Kanälen 3 abgesunkene
bzw. aufgeschwommene Feststoffteilchen münden.
[0030] Die Kanäle 3 werden hier durch vier vertikal gleich beabstandete parallele Platten
6 sowie Seitenwände 7 des Trennraums 2 gebildet. Die oberste und die unterste der
Platten 6 bildet gleichzeitig eine obere bzw. untere Wandung 8 des Trennraums 2. Der
Abstand zwischen zwei benachbarten Platten 6 ist dabei zweckmäßigerweise kleiner als
der Abstand zwischen den Seitenwänden 7, so dass sich ein rechteckiger Querschnitt
mit einer großen Leitfläche jeweils für die aufschwimmenden und in Fig. 3 mit einem
Punkt gekennzeichneten sowie den absinkenden und in der Fig. 3 mit einem Kreuz gekennzeichneten
Feststoffteilchen ergibt. Es können auch lediglich drei Platten 6, die zwei Kanäle
3 bilden, sowie mehr als vier Platten 6 vorgesehen sein, wobei zweckmäßigerweise 2
bis 20, vorzugsweise 2 bis 10 Kanäle gebildet werden. Zudem kann der Trennraum 2 auch
rohrförmig mit mehreren insbesondere durch Platten 6 getrennten Kanälen 3 ausgestaltet
sein, vgl. Fig. 4 und 5.
[0031] Der Winkel α zwischen den Kanälen 3 und der Horizontalen ist hier über eine Höhenverstellung
einer der beiden den Trennraum 2 tragenden Pfeiler möglich, beispielsweise durch eine
Schraube/Spindel-Mechanik, eine hydraulische Einrichtung o.ä. kontinuierlich oder
durch teleskopartiges Ineinanderschieben und Verschrauben zweier konzentrisch angeordneter
Pfeilerelemente.
[0032] Zwischen den Sammelköpfen 4, 5 ist in einer der Seitenwände 7 eine Zuführöffnung
9 für die Suspension vorgesehen, vgl. Fig. 4. Die Suspension ist quer zur Längsachse
der Kanäle 3 einleitbar. Hierzu ist an die Zuführöffnung 9 ein insbesondere horizontaler
Zuführkanal 10 angeschlossen, der hier einen sich aufweitenden und die Strömungsgeschwindigkeit
verringernden Querschnitt aufweist. Der Zuführkanal 10 hat dabei zweckmäßigerweise
eine Länge, die nicht kleiner als der vertikale Durchmesser der Zuführöffnung 9 ist,
vgl. Fig. 4, jedoch deutlich länger sein kann, vgl. Fig. 5, damit die zugeführte Suspension
möglichst turbulenzfrei ist. Im Bereich der Zuführöffnung 9 können die Platten 6 für
eine bessere Verteilung der Suspension unterbrochen, insbesondere durchlocht sein,
und sich gegebenenfalls in den Zuführkanal 10 auf vorzugsweise 1/3 seiner Länge hinein
erstrecken.
[0033] Im Fall von Trennvorrichtungen mit einer hohen Anzahl von Strömungskanälen 3, z.B.
mehr als 3 Strömungskanälen, kann der Zuführkanal eine der Anzahl der Strömungskanäle
3 entsprechende Anzahl von Unter-Zuführkanälen erhalten, so daß eine einfache und
gleichmäßige Verteilung des Suspensionstroms auf die einzelnen Strömungskanäle sicher
gestellt ist.
[0034] Die Zuführöffnung 9 ist bei Trennaufgaben, bei denen die Leichtfraktion die Zielfraktion
mit der höheren Reinheitsanforderung ist, näher am unteren als am oberen Sammelkopf
4, 5 angeordnet, damit diejenigen Feststoffteilchen der Schwerfraktion, die mit dem
aufsteigenden Leichtfraktionsstrom mitgerissen werden, noch vor Eintritt in den oberen
Sammelkopf 4 in den absinkenden Schwerfraktionsstrom gelangen können. Ist die Schwerfraktion
die Zielfraktion, sollte die Zuführöffnung 9 entsprechend näher am oberen Sammelkopf
4 angeordnet sein.
[0035] In Fällen, bei denen die Mitreißgefahr schwerer Teilchen in den Leichtfraktionsstrom
zu groß ist, kann oberhalb der Zuführöffnung 9 eine weitere Zuführöffnung angeordnet
sein, durch die mittels eines zugehörigen Zuführkanals 11 reines Trennmittel als sogenannte
Regelmenge in den Trennraum 2 eindosiert wird. Diese Regelmenge wird vorzugsweise
so eingestellt, dass der von ihr nach unten strömende Teilstrom eine Strömungsgeschwindigkeit
besitzt, die größer als die Aufstiegsgeschwindigkeit der sonst im Leichtfraktionsstrom
mitgerissenen schweren Feststoffteilchen ist.
[0036] Ferner kann eine Einrichtung 12 zur Schwingungserregung mit wenigstens einem Motor,
Piezoelement oder dgl. vorgesehen sein, der bzw. das auf die Platten 6 und/oder die
Seitenwände 7 des Trennraums 2 einwirkend das Trennmittel sowie die Feststoffteilchen
der Suspension in Schwingung versetzt. Geraten die Teilchen in Schwingungsknoten des
Trennmittels, ist die reinigende Wirkung der Schwingungen besonders wirkungsvoll.
Es hängt von der Aufgabe und dem zu trennenden Gut ab, welche Schwingungserreger und
welche Schwingungsfrequenz eingesetzt wird. Im Falle einer Kunststofftrennung haben
mechanische Schwingungserreger mit Frequenzen im Bereich zwischen 10000 und 45000
min
-1 sehr gute Wirkung gezeigt. Bei mit Auftriebselementen behafteten Feststoffteilchen
konnte dadurch bei gleichbleibender Trennqualität die Geschwindigkeitsdifferenz der
beiden Teilströme in den Kanälen 3 zwischen 20 und ca. 30% reduziert, d.h. der Feststoff-Durchsatz
entsprechend erhöht werden.
[0037] Durch Einsatz von Ultraschallgeneratoren lassen sich im Frequenzbereich von 10 bis
40 kHz, vorzugsweise 15 bis 25 kHz über Kavitationseffekte nicht nur Luftelemente
von den Feststoffteilchen sicher entfernen, sondern auch gut benetzende leichtere
Flüssigkeiten sowie Feingut mit geringerer Dichte.
[0038] Die Einrichtung 12 kann dabei auf eine Außenwandung des Trennraums 2 aufgesetzt sein,
vgl. Fig. 1. Alternativ oder zusätzlich können auch die Platten 6 direkt zum Schwingen
angeregt werden. In einer Ausführungsform ist hierzu ein seitlich an den Trennraum
2 lösbar befestigbarer Einschub 13 mit Plattenabschnitten 14 vorgesehen, die sich
ins Innere des Trennraums 2 erstrecken und in entsprechende, gegebenenfalls mit einer
Führungsnut od.dgl. versehene Aussparungen der Platten 6 eingreifen, vgl. Fig. 6.
Die Plattenabschnitte 14 können durchlocht sein.
[0039] Vorzugsweise werden die übereinander angeordneten Plattenabschnitte 14 im Randbereich
beispielsweise durch Einspannen in Querverbinder starr befestigt, vgl. Fig. 7. Die
Einrichtung 12 umfaßt dann zweckmäßigerweise einen Erregerstab 12b, der sich durch
einen mittleren Bereich der Plattenabschnitte 14 erstreckt und von einem Erregermotor
12a in Schwingungen versetzt wird. Durch die Einspannung der Plattenabschnitte 14
im Randbereich und die Schwingungsanregung im mittleren Bereich schwingen die Plattenabschnitte
14 membranartig. Die Schwingungen des Erregermotors 12a werden somit sehr effektiv
auf die Suspension und die Feststoffteilchen darin übertragen.
[0040] Schließlich ist hier eine Einrichtung zum Einstellen der Differenzgeschwindigkeit
zwischen dem aufwärts gerichteten Leichtfraktionsstrom und dem abwärts gerichteten
Schwerfraktionsstrom vorgesehen, vgl. Fig. 8. Sie umfasst eine Pumpe 15 zum Austragen
der Schwerfraktion aus dem unteren Sammelkopf 5, eine Pumpe 16 zum Austragen der Leichtfraktion
aus dem oberen Sammelkopf 4, eine Pumpe 17 zum Zuführen der Suspension durch den Zuführkanal
10 und/oder eine Pumpe 24, über die die dem Trennraum 2 pro Zeiteinheit zugeführte
Menge der Suspension indirekt gesteuert wird, vorzugsweise jedoch nur die Pumpen 15
und 24, sowie eine Pumpensteuerung 18.
[0041] Die Pumpensteuerung 18 steuert die Förderleistung der je nach Ausführungsform vorhandenen
Pumpen 15, 16, 17 und/oder 24 derart, daß sich eine Differenzgeschwindigkeit zwischen
dem aufwärts gerichteten Leichtfraktionsstrom und dem abwärts gerichteten Schwerfraktionsstrom
einstellt, bei der die Trennschärfe optimal ist. Die optimale Förderleistung wird
empirisch ermittelt.
[0042] Der Betrieb der Vorrichtung zum Schwimm-Sink-Trennen wird unter Bezugnahme auf Fig.
8 beschrieben.
[0043] Zu trennende Feststoffteilchen, beispielsweise Kunststoffgranulate mit einem Durchmesser
von 0,5 bis 50 mm, insbesondere 1 bis 10 mm, vorzugsweise 2 bis 7 mm, gegebenenfalls
mit bis zu 15 Gew.%, insbesondere bis zu 10 Gew.% und vorzugsweise bis zu 5 Gew.%
beim Zerkleinerungsprozeß, z.B. Mahlen oder Schreddern, entstandenen kleineren Teilchen,
oder Kunststoffolienteilchen od.dgl. werden in eine Mischvorrichtung 20 eingebracht
und dort mittels einer Rührvorrichtung 19 mit einem Trennmedium zu einer Suspension
vermischt.
[0044] Als Trennmedium wird bei einer Trenndichte oberhalb von 1 g/cm
3 insbesondere Wasser verwendet, dem zur Dichtesteuerung Salz in einer bestimmten Konzentration
beigesetzt ist. Für Trenndichten unterhalb von 1 g/cm
3 können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Gegensatz zu den bisher bekannten
Vorrichtungen organische Flüssigkeiten mit niedrigem Flammpunkt als Trennmedium verwendet
werden, wie z.B. eine Alkohol/Wasserlösung oder reines Ethylacetat bei 20°C zur Trennung
von PP/PE, da die Vorrichtung auf einfache Weise gasdicht gestaltet werden kann und
keinerlei Zündfunkengefahrenpotential in der Vorrichtung gegeben ist. Die Mischvorrichtung
20 wird in diesem Fall ebenfalls gasdicht gestaltet, gegebenenfalls mit einem Inertgas
beaufschlagt und/oder mit einer Absaugvorrichtung zur Entfernung der mit dem zu trennenden
Produkt eingetragenen Luft ausgerüstet.
[0045] Die Mischvorrichtung 20 ist zweckmäßigerweise erhöht angeordnet mit einem Füllstand,
der sich in etwa auf gleicher Höhe mit einer Austragsöffnung des oberen Sammelkopfs
5 befindet.
[0046] Die Suspension wird unter Schwerkraftwirkung oder gegebenenfalls mittels der Pumpe
17 in den Zuführkanal 10 geleitet und gelangt über die Zuführöffnung 9 in den oder
die Kanäle 3. Die Einleitung erfolgt zweckmäßigerweise quer zur Längsachse der Kanäle
3 direkt zwischen die Platten.
[0047] Dort schwimmen die Feststoffteilchen, die spezifisch leichter sind als das Trennmedium,
in Richtung auf den oberen Sammelkopf 4 auf, während die Feststoffteilchen, die spezifisch
schwerer sind als das Trennmedium, in Richtung auf den unteren Sammelkopf 5 absinken.
An der jeweils oberen Platte 6 eines Kanals 3 bildet sich so ein aufschwimmender Leichtfraktionsstrom
aus, während sich an der jeweils unteren Platte 6 des Kanals 3 ein absinkender Schwerfraktionsstrom
ausbildet. Infolge der Länge der Kanäle 3 und der verhältnismäßig geringen Höhe haben
die Feststoffteilchen ausreichend Zeit, in den ihrer Dichte entsprechenden Fraktionsstrom
aufzuschwimmen oder abzusinken.
[0048] An den Sammelköpfen 4, 5 ist jeweils ein Abscheider 22 angeschlossen, in dem das
Trennmedium von den Feststoffteilchen getrennt wird. Das Trennmedium wird einem Tank
23 zugeführt und von dort den Trennmediumkreislauf schließend über die Pumpe 24 in
die Mischvorrichtung 20 zurückgeführt.
[0049] In einer Ausführungsform mit nur zwei Pumpen 15, 24 weist der obere Sammelkopf 4
einen Überlauf 21 auf und die Mischvorrichtung 20 ist über eine einfache Schlauchverbindung
o.ä. mit dem Zuführkanal 10 verbunden oder an einen sehr kurzen Zuführkanal von 100
bis 600, vorzugsweise 200 bis 400 mm Länge, direkt angeflanscht, vgl. Fig. 9. Wird
die Förderleistung der Pumpe 24 bei konstanter Förderleistung der Pumpe 15 erhöht
oder verringert, erhöht bzw. verringert sich die Geschwindigkeit des aufwärts gerichteten
Leichtfraktionsstroms. Wird die Förderleistung der Pumpe 15 erhöht oder verringert,
erhöht bzw. verringert sich die Geschwindigkeit des abwärts gerichteten Schwerfraktionsstroms,
wobei die Förderleistung der Pumpe 24 entsprechend anzupassen ist, um einen Unter-
bzw. Überlauf der Mischvorrichtung 20 zu vermeiden. Die optimalen Förderleistungen
werden empirisch ermittelt. Die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den beiden Fraktionsströmen
ist in dieser Ausführungsform besonders einfach und genau einstellbar.
[0050] In einer weiteren Ausführungsform ist nur eine Pumpe vorgesehen, beispielsweise die
Pumpe 24. Durch Steuerung der Förderleistung dieser Pumpe 24 ist bei gleichbleibendem
Austrag aus dem unteren Sammelkopf 5 die Geschwindigkeit des Leichtfraktionsstroms
bei gleichbleibender Geschwindigkeit des Schwerfraktionsstroms und mithin die Geschwindigkeitsdifferenz
zwischen den beiden Fraktionsströmen veränderbar.
[0051] In weiteren Ausführungsformen sind andere und gegebenenfalls mehrere oder alle der
Pumpen 15, 16, 17, 24 in beliebiger Kombination mit entsprechender Steuerung vorgesehen.
[0052] Die Mischvorrichtung 20 kann an mehrere, insbesondere wie in Fig. 9 gezeigt an vier
Zuführkanäle 10 für jeweils eine Vorrichtung zum Schwimm-Sink-Trennen angeschlossen
sein, wodurch sich der Durchsatz entsprechend erhöht.
[0053] Die Vorrichtung arbeitet vorzugsweise bei einer Reynoldszahl, definiert durch die
Geschwindigkeit der Strömung einer Fraktion multipliziert mit der Dichte und dividiert
durch die Viskosität, unterhalb von 2000 und vorzugsweise unterhalb von 700.
[0054] Bei der in Fig. 10 dargestellten Trennanlage werden Feststoffteilchen über eine Dosierschnecke
25 dosiert in die Mischvorrichtung 20 eingebracht. Dort werden sie mittels der Rührvorrichtung
19 mit dem Trennmedium zu einer Suspension vermischt. Die Suspension wird durch die
Vorrichtung 1 zum Schwimm-Sink-Trennen geleitet. Der Austrag vom oberen Sammelkopf
4 wird in den Abscheider 22 geleitet, der aufgeschwommene Feststoffteilchen 26 vom
Trennmedium trennt. Das Trennmedium wird dann einem Trennmediumfilter 27 zugeführt.
Analog hierzu wird der Austrag vom unteren Sammelkopf 5 über die Pumpe 15 einem weiteren
Abscheider 22 zugeführt, der abgesunkene Feststoffteilchen 28 vom Trennmedium trennt
und das Trennmedium ebenfalls dem Trennmediumfilter 27 zuführt. Eine Trennmittelkreislaufpumpe
29 befördert das Trennmittel weiter zum Tank 23. Von dort gelangt das Trennmittel
über die Pumpe 24 zu einer Entgasungsvorrichtung 30, beispielsweise einem Tank mit
einer Vakuumpumpe 31. In der Entgasungsvorrichtung 30 wird im Trennmittel gelöstes
Gas, insbesondere Luft, dem Trennmittel entzogen. Hierzu ist eine Pumpe 31 vorgesehen.
Das Trennmittel wird über die Pumpe 17 wieder in die Mischvorrichtung 20 zurückgeführt,
wodurch sich der Trennmittelkreislauf schließt.
[0055] In der Mischvorrichtung 20, die unter Vakuum oder reduziertem Druck arbeiten kann,
absorbiert das Trennmittel Luftteilchen, die an den Feststoffteilchen anhaften, bis
zu seiner Sättigung. Den Feststoffteilchen der Suspension, die aus der Mischvorrichtung
20 in die Vorrichtung 1 zum Schwimm-Sink-Trennen geleitet wird, haften dadurch weniger
bis gar keine Auftriebsgase an.
[0056] Bei Einsatz einer Entgasungsvorrichtung 30, die eine ausreichende Entgasung des Trennmediums
vor Herstellung der Suspension gewährleistet, kann abhängig von den Stoffeigenschaften
der spezifisch schweren Feststoffteilchen die Differenzgeschwindigkeit, die ohne Entgasungsvorrichtung
30 zum Kompensieren des Auftriebseffekts erforderlich wäre, bis auf den Wert Null
reduziert werden, d.h. die aufschwimmende Leichtfraktion hat betragsmäßig die gleiche
Geschwindigkeit wie die absinkende Schwerfraktion. Diese Einstellung der Trennparameter
erlaubt dann eine Geschwindigkeitseinstellung der beiden Teilströme, die sich nach
der zulässigen Beladungsdichte der beiden Teilströme, der zur Trennung notwendigen
Verweilzeit der Feststoffteilchen in den Kanälen und der Einhaltung der notwendigen
Laminarströmung in den Kanälen ausrichtet. Bei stark unterschiedlichen Mengenanteilen
des Leicht- und Schwerguts kann demnach wieder die Einstellung einer Strömungsdifferenz
sinnvoll werden, die nun aber der Optimierung des Durchsatzes und nicht der Optimierung
des Trennergebnisses, also der Trennschärfe, dient.
[0057] In der in Fig. 11 dargestellten Trennvorrichtung sind vier Trennräume 2 zwischen
einem gemeinsamen oberen Sammelkopf 4 und einem gemeinsamen unteren Sammelkopf 5 angeordnet.
Im unteren Sammelkopf 5 ist eine Schnecke 33 vorgesehen, die anstelle der Pumpe 15
der Fig. 8 tritt. Der im Sammelkopf 5 ankommende Schwerfraktionsstrom wird mit ihrer
Hilfe wie folgt aufgeteilt: die Feststoffteilchen der Schwerfraktion werden mittels
der Schnecke 33 bei 34 oberhalb der Höhe der Ausläufe 35 im Sammelkopf 4 ausgetragen,
wogegen das Trennmittel des Stroms vorzugsweise mit einer mengengeregelten Pumpe zur
Aufrechterhaltung konstanter Strömungsgeschwindigkeiten im Trennraum 2 über die Öffnung
32 ausgetragen wird.
1. Vorrichtung (1) zum Schwimm-Sink-Trennen von Feststoffteilchen unterschiedlicher Dichte,
insbesondere von Schreddergranulaten verschiedener Kunststoffe, mit einem mit einer
Suspension aus den zu trennenden Feststoffteilchen und einem Trennmedium füllbaren
Trennraum (2) und einem unteren und einem oberen an den Trennraum angeschlossenen
Sammelkopf (4, 5) für unter Schwerkrafteinwirkung abgesunkene bzw. aufgeschwommene
Feststoffteilchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entgasungsvorrichtung (30) zum zumindest teilweisen Entfernen von im Trennmedium
gelöstem Gas vorgesehen ist und die Entgasungsvorrichtung (30) dazu ausgestaltet ist,
das Trennmedium derart aus dem Gas-Gleichgewichtszustand zu versetzen, dass das Trennmedium
den Feststoffteilchen anhaftendes Gas absorbieren kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsvorrichtung (30) einer Mischvorrichtung (20) zum Vermischen der Feststoffteilchen
mit dem Trennmedium vorgeschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (20) gasdicht ausgestaltet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (20) mit einem Inertgas beaufschlagt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (20) mit einer Absaugvorrichtung zum Entfernen von mit den zu
trennenden Feststoffteilchen eingetragenem Gas versehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsvorrichtung (30) einen Tank und eine Vakuumpumpe (31) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Luft ist.
8. Vorrichtung (1) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischvorrichtung (20) zum Vermischen der Feststoffteilchen mit dem Trennmedium
vorgesehen ist und die Mischvorrichtung (20) mit einer Absaugvorrichtung zum Entfernen
von mit den zu trennenden Feststoffteilchen eingetragener Luft versehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (20) zum Mischen unter Vakuum oder unter reduziertem Druck ausgestaltet
ist.
10. Verfahren zum Schwimm-Sink-Trennen von Feststoffteilchen unterschiedlicher Dichte,
insbesondere von Schreddergranulaten verschiedener Kunststoffe, bei dem ein Trennraum
(2) mit einer Suspension aus den zu trennenden Feststoffteilchen und einem Trennmedium
gefüllt wird und unter Schwerkrafteinwirkung abgesunkene und aufgeschwommene Feststoffteilchen
in einen unteren bzw. oberen an den Trennraum (2) angeschlossenen Sammelkopf (4, 5)
gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Trennmedium gelöstes Gas in einer Entgasungsvorrichtung (30) zumindest teilweise
entfernt wird und das Trennmedium derart aus dem Gas-Gleichgewichtszustand versetzt
wird, dass das Trennmedium den Feststoffteilchen anhaftendes Gas absorbieren kann.
11. Verfahren Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentfernung vor dem Vermischen der Feststoffteilchen mit dem Trennmedium durchgeführt
wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 order 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffteilchen mit dem Trennmedium in einer gasdichten Mischvorrichtung (20)
und insbesondere in Inertgasatmosphäre vermischt werden.
13. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Mischen in der Mischvorrichtung (20) mit den zu trennenden Feststoffteilchen
eingetragenes Gas mittels einer Absaugvorrichtung entfernt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffteilchen und das Trennmedium unter Vakuum oder unter reduziertem Druck
vermischt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung des Trennraums oder eines darin gebildeten Kanals (3) zu Schwingungen
angeregt wird.
1. Apparatus (1) for the swim-sink separation of solid particles of different densities,
and in particular various shredded granulated plastics materials, having a separating
chamber (2) which can be filled with a suspension of the solid particles to be separated
and a separation medium and having a lower and an upper collecting head (4, 5) connected
to the separating chamber, for particles which have respectively sunk and swum up
under the force of gravity, characterised in that a degasifying arrangement (30) is provided for the at least partial removal of gas
dissolved in the separation medium, and the degasifying arrangement (30) is designed
to shift the separation medium out of the gas equilibrium state in such a way that
the separation medium is able to absorb gas clinging to the solid particles.
2. Apparatus according to claim 1, characterised in that the degasifying arrangement (30) is inserted upstream of a mixing arrangement (20)
for mixing the solid particles with the separation medium.
3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterised in that the mixing arrangement (20) is of gastight form.
4. Apparatus according to one of claims 1 to 3, characterised in that the mixing arrangement (20) has an inert gas applied to it.
5. Apparatus according to one of claims 1 to 4, characterised in that the mixing arrangement (20) is provided with an extractor arrangement to remove gas
which is carried in with the solid particles to be separated.
6. Apparatus according to one of claims 1 to 5, characterised in that the degasifying arrangement (30) has a tank and a vacuum pump (31).
7. Apparatus according to one of claims 1 to 6, characterised in that the gas is air.
8. Apparatus (1) according to the preamble of claim 1, characterised in that a mixing arrangement (20) for mixing the solid particles with the separation medium
is provided and the mixing arrangement (20) is provided with an extractor arrangement
to remove air which is carried in with the solid particles to be separated.
9. Apparatus according to claim 8, characterised in that the mixing arrangement (20) is designed for mixing under vacuum or at reduced pressure.
10. Method for the swim-sink separation of solid particles of different densities, and
in particular various shredded granulated plastics materials, in which a separating
chamber (2) is filled with a suspension of the solid particles to be separated and
a separation medium, and particles which have sunk and swum up under the force of
gravity are collected in, respectively, a lower and an upper collecting head (4, 5)
connected to the separating chamber (2), characterised in that gas dissolved in the separation medium is at least partly removed in a degasifying
arrangement (30), and the separation medium is shifted out of the gas equilibrium
state in such a way that the separation medium is able to absorb gas clinging to the
solid particles.
11. Method claim 10, characterised in that the gas removal is carried out before the mixing of the solid particles with the
separation medium.
12. Method according to claim 10 or 11, characterised in that the solid particles are mixed with the separation medium in a gastight mixing arrangement
(20) and in particular in an atmosphere of inert gas.
13. Method according to one of claims 10 to 12, characterised in that gas which is carried in with the solid particles in the course of the mixing in the
mixing arrangement (20) is removed by means of an extractor arrangement.
14. Method according to claim 13, characterised in that the solid particles and the separation medium are mixed under vacuum or at reduced
pressure.
15. Method according to one of claims 10 to 14, characterised in that a wall of the separating chamber or of a passage (3) formed therein is excited to
vibrate.
1. Dispositif (1) servant à séparer des particules solides plongeantes et flottantes
à densités différentes, en particulier de granulés d'installation de déchiquetage
de différentes matières plastiques, comportant un espace de séparation (2) pouvant
être rempli d'une suspension constituée de particules solides à séparer et d'un milieu
de séparation et deux têtes collectrices (4, 5), à savoir une tête collectrice inférieure
et une tête collectrice supérieure, raccordées à l'espace de séparation, pour des
particules solides plongeantes ou flottantes sous l'effet de la gravité, caractérisé en ce qu'un dispositif de dégazage (30) est prévu pour supprimer au moins en partie le gaz
dissous dans le milieu de séparation, et en ce que ledit dispositif de dégazage (30) est configuré dans le but de sortir le milieu de
séparation de l'état d'équilibre gazeux de telle manière que le milieu de séparation
peut absorber le gaz adhérant aux particules solides.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de dégazage (30) est disposé en amont d'un dispositif de mélange (20)
servant à mélanger les particules solides avec le milieu de séparation.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de mélange (20) est configuré de manière étanche aux gaz.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de mélange (20) est soumis à l'action d'un gaz inerte.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de mélange (20) est pourvu d'un dispositif d'aspiration servant à supprimer
le gaz chargé avec les particules solides à séparer.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de dégazage (30) présente un réservoir et une pompe à vide (31).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le gaz est de l'air.
8. Dispositif (1) selon le préambule de la revendication 1, caractérisé en ce qu'un dispositif de mélange (20) est prévu pour mélanger les particules solides avec
le milieu de séparation, et en ce que le dispositif de mélange (20) est pourvu d'un dispositif d'aspiration servant à supprimer
l'air chargé de particules solides à séparer.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de mélange (20) est configuré pour procéder à un mélange sous vide
ou sous pression réduite.
10. Procédé servant à séparer des particules solides plongeantes et flottantes de densités
différentes, en particulier des granulés d'installation de déchiquetage de différentes
matières plastiques, dans le cadre duquel un espace de séparation (2) est rempli d'une
suspension constituée de particules solides à séparer et d'un milieu de séparation
et des particules solides plongeantes et flottantes sous l'effet de la gravité sont
collectées dans une tête collectrice (4, 5) inférieure ou supérieure raccordée à l'espace
de séparation (2), caractérisé en ce que du gaz dissous dans le milieu de séparation est supprimé au moins en partie dans
un dispositif de dégazage (30), et en ce que le milieu de séparation est sorti de l'état d'équilibre gazeux de telle manière que
le milieu de séparation peut absorber le gaz adhérant aux particules solides.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la suppression du gaz est effectuée avant de mélanger les particules solides avec
le milieu de séparation.
12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que les particules solides sont mélangées avec le milieu de séparation dans un dispositif
de mélange (20) étanche aux gaz et en particulier dans une atmosphère de gaz inerte.
13. Procédé, en particulier selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le gaz chargé avec les particules solides à séparer lors du mélange dans le dispositif
de mélange (20) est supprimé au moyen d'un dispositif d'aspiration.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les particules solides et le milieu de séparation sont mélangés sous vide ou sous
une pression réduite.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce qu'une paroi de l'espace de séparation ou d'un canal (3) formé à l'intérieur est amenée
à vibrer.